Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Суперкомпьютерные системы класса «Top1–10» подсистема охлаждения 1

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Инженерная логика Нужна большая производительность Нужны меньшие задержки Нужны более короткие проводники Нужна более плотная упаковка электроники Будет более высокая объемная плотность тепловыделения Нужна более эффективная система охлаждения электроники 2

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Требование времени Год назад – стандартный узел 2 CPU: около 400 Ватт Сейчас 2 CPU и 2 GPU: около 1 КВатт При сохранении требований по плотности размещения и размеров узла энергоплотность увеличилась в 2.5 раза 3

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Статьи энергозатрат… Главный член? Электропитание электроники P×100% тепло: ~10 МВатт для Top1 Потери в подсистеме электропитания P×(100%–КПД) тепло: ~100 КВатт для Top1 Затраты на охлаждение P×(5…100%) Всего: P×(105%–200%) Главные и второстепенные факторы энергоэффективности? Энергоэффективность вычислений Энергоэффективность охлаждения 4

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Экономия энергии «В индустрии ЦОД используется показатель эффективности использования энергии (ЭИЭ) в качестве стандартной единицы измерения для определения эффективности использования электроэнергии и эффективности отдельных вычислительных систем. Согласно программе Energy Star Program Агентства по защите окружающей среды стандартное значение ЭИЭ составляет 1,92.» Интел, пресс-релиз от

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Эпохи развития технологий охлаждения Воздушное охлаждение неупорядоченное движение воздуха организованное движение воздуха многоконтурные системы «воздухводафреон» «жидкость на уровне ЦоД» внутрирядные кондиционеры… «жидкость на уровне шкафа» холодные стенки… Жидкостное охлаждение закрытые системы жидкостного охлаждения гибридное охлаждение: ½ вода, ½ воздух непосредственное (погружное) жидкостное охлаждение Что дальше?... Охлаждение фазовым переходом?… … … 2008… 2012 … 2010 … 6

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Общая схема охлаждения Вычислитель Теплопередача коэффициент теплопередачи Q/t = (a1+a2×v)×S×(T 0 -T 1 ) Q/t = (a1+a2×v ½ )×S×(T 0 -T 1 ) Тепломассоперенос коэффициент теплоемкости Q = c×m×(T 2 -T 1 ) Q = c×V×(T 2 -T 1 ) Q/t = c×(m/t)×(T 2 -T 1 ) Q/t = c×(V/t)×(T 2 -T 1 ) T0T0 T1T1 T2T2 7

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Количественные показатели Коэффициент теплопередачи Охлаждающий агентКоэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 о С) Воздух5…10 Вода500…2000 Фазовый переход3000…6000 Теплоемкость Охлаждающий агент Теплоемкость, кДж/(кг о С) Теплоемкость, кДж/(л о С) Воздух1, Вода4,1834,

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Начиная с 2009: Настала пора одним прекратить «продавать воздух», а другим «бросать деньги на ветер» 9

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Потери на воздушном охлаждении (Только в машинном зале, на примере крупной «воздушной» установки в России) 10

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Потери на воздушном охлаждении (Только в машинном зале, на примере крупной «воздушной» установки в России) 11

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН 1 килограмм $800 (в среднем) Потери на воздушном охлаждении (на примере крупной «воздушной» установки в России) Без учета затрат вне стен машинного зала площадей, оборудования и электроэнергии для подсистем охлаждения и электропитания: +800 кв.метров килограмм киловатт 12

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Преимущества жидкостного охлаждения Теплоемкость воды ×4,000 от воздуха Надежность охлаждения Можно обеспечить высокую плотность упаковки Нет подвижных частей в узле, шасси, стойке. Нет звуков, нет вибрации Надежность контактов Энергосбережение: до +90% более эффективно, чем охлаждение воздухом 13

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Переход к жидкостному охлаждению мировой тренд Тop1–10: охлаждаются жидкостью? системы систем все все Тop1–10 России: система … 3 системы 14

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Закрытые системы жидкостного охлаждения на примере суперкомпьютера СКИФ-Аврора 15

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Жидкостное охлаждение закрытого типа еще примеры IBM, Aquasar IBM, SuperMUC First Commercial Hot-Water Cooled Supercomputer to Consume 40% Less Energy INSPUR, Sunway Blue Light 16

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Все мы вышли из воды и должны туда же вернуться. В эту среду к/ф «Национальные особенности рыбалки» Непосредственное (погружное) жидкостное охлаждение 18

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Непосредственное (погружное) жидкостное охлаждение Cray-2, 1985, жидкость 3M, Fluorinert Green Revolution Cooling, 2012 IMMERS 2012, ИПС имени А.К.Айламазяна РАН, группа компаний «СТОРУС» 19

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Технология непосредственного жидкостного охлаждения IMMERS® как это устроено? подсистема утилизации тепла, обеспечивающая отвод тепла в окружающую среду (нагрев воздуха, воды, отвод тепла излучением); подсистема охлаждения узлов вычислителя (материнских плат, дисковых накопителей, блоков питания); подсистема управления, обеспечивающая оптимальный режим работы установки 20

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Технология непосредственного жидкостного охлаждения IMMERS® как это устроено? 21

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Типы жидкостного охлаждения Тип жидкостного охлаждения Примеры Простота Надеж- ность ВесЦена Закрытого типа One PCB : One Cold plate СКИФ-Аврор (ИПС РАН) Торнадо (РСК) Sunway (INSPUR) One PCB : Many Cold plates Aquasar (IBM) SuperMUC (IBM) Открытого (погружного) типа Green Revolution Cooling IMMERS (ИПС РАН + СТОРУС)

Вычислительный комплекс IMMERS с непосредственным жидкостным охлаждением – это уникальный продукт, в основе которого лежат инновационные разработки и самые современные технологии. Разработан группой компаний «СТОРУС» совместно с Институтом программных систем им. А.К. Айламазяна РАН и защищен патентом на Изобретение РФ

Институт программных систем имени А.К.Айламазяна РАН Спасибо за внимание! 26